Intercambio de Gases

Superficies Respiratorias

La energía que los animales necesitan para realizar todas sus funciones la obtienen de la respiración celular (que tiene lugar en las mitocondrias celulares). La respiración celular exige un intercambio continuo de gases entre el medio externo y la célula (respiración externa). Esta se produce a través de la membrana plasmática de las células, de la piel o de superficies especializadas en el intercambio de gases (branquias o pulmones), denominadas superficies respiratorias. El transporte de los gases se lleva a cabo por medio del aparato circulatorio.

Características de las Superficies Respiratorias

• Sus paredes deben ser delgadas para facilitar la difusión.
• Tienen que estar húmedas, ya que los gases las atraviesan en disolución. Los animales acuáticos tienen sus superficies respiratorias bañadas por el agua; en cambio, los animales terrestres tienen sistemas que mantienen su humedad.
• Tienen que estar revestidas por una red capilar del sistema circulatorio, por el que circulen líquidos internos con moléculas encargadas del transporte de los gases.

Modelos de Sistemas Respiratorios

La forma en la que un animal respira depende de su tamaño, complejidad y del medio en el que vive. Hay 5 modelos:

1 Difusión Simple

Los animales más sencillos (poríferos y celentéreos) intercambian los gases directamente con el medio externo por difusión simple mediante las membranas celulares, permeables al O₂ y CO₂ disuelto en el medio.

2 Respiración Cutánea

La tienen animales ligados a medios acuáticos o ambientes muy húmedos (anélidos, oligoquetos o anfibios). Los gases disueltos en el medio se difunden por los líquidos circulantes internos a través de la piel, que se mantiene húmeda gracias a las secreciones de sus glándulas mucosas. Una red capilar distribuye los gases por todas las células del organismo.

3 Respiración Traqueal

En los artrópodos terrestres, la pared externa impermeable se dobla hacia dentro, dando lugar a las tráqueas (sistema interno de tubos húmedos y ramificados), que se abren al exterior por unos orificios (espiráculos). En los animales menos evolucionados se encuentran siempre abiertos, pero normalmente tienen válvulas que ajustan el intercambio gaseoso en función de las necesidades de O₂, a la vez que reducen las pérdidas por evaporación. Las paredes de las tráqueas están reforzadas por anillos quitinosos, a excepción de las traqueolas, que están rellenas de líquido. En ellas se produce el intercambio gaseoso por difusión directa a los tejidos. El movimiento del aire en el interior de las tráqueas se produce mediante contracciones de los músculos abdominales, que empujan los órganos hacia el interior. Cuando estos músculos se relajan, el aire vuelve a entrar.

4 Respiración Branquial

Propio de animales de medios acuáticos, donde la concentración de O₂ es muy baja, por lo que tienen branquias, con una gran superficie respiratoria y grandes cantidades de sangre circulando por ellas. Hay branquias externas (localizadas fuera del cuerpo) o branquias internas (alojadas en cavidades y protegidas por alguna estructura). Destacan los vertebrados acuáticos (anfibios y peces) e invertebrados (moluscos, gusanos poliquetos, crustáceos o larvas de insectos).

Branquias Externas

Tienen diferentes formas: filamentosas, laminares o arborescentes. Destacan los crustáceos, algunos anélidos, peces holósteos y larvas de anfibios e insectos. Son frágiles y dificultan la locomoción. Al carecer de mecanismos de ventilación, obligan al animal a realizar desplazamientos para renovar el líquido que las baña.

Branquias Internas

Son las más eficientes del sistema branquial. Cada branquia está formada por numerosos filamentos, con laminillas branquiales muy capilarizadas, que permiten que el O₂ se difunda desde el agua hasta la sangre y que el CO₂ lo haga al revés. Las branquias están cubiertas y protegidas por una placa (opérculo), y mediante sus movimientos se consigue la ventilación.

5 Respiración Pulmonar

Sistema respiratorio más eficaz, con cavidades internas de paredes muy finas y vascularizadas, los pulmones. Propia de gasterópodos, anfibios, reptiles, aves y mamíferos.

Tipos de Pulmones

• Pulmones de difusión: formados por una cámara sencilla con muchos repliegues. No necesitan de un sistema de ventilación al comunicarse con el exterior por un orificio siempre abierto. Son propios de invertebrados terrestres.
• Pulmones de ventilación: típicos de vertebrados terrestres. Necesitan mecanismos activos de ventilación. Están formados por 2 cámaras divididas en alvéolos (constituidos por tejido conjuntivo y recubiertos de un epitelio) rodeados de capilares. La comunicación con el exterior se realiza mediante las vías respiratorias, formadas por tubos cartilaginosos progresivamente más estrechos y ramificados. A medida que evolucionan las especies, los pulmones incrementan su superficie interna, los mecanismos de ventilación se especializan y se aumenta la eficacia de la circulación.

Mecanismos de Ventilación Pulmonar

Entrada y salida de aire desde la atmósfera o agua y su transporte a la superficie de intercambio gaseoso. Hay diferentes:

• En anfibios, se produce gracias a la bomba de presión o de deglución, que consiste en movimientos verticales de la base de la boca que permiten llenar los pulmones. Se realiza en la faringe y pulmones.
• Reptiles, aves y mamíferos tienen pulmones que ventilan mediante una bomba de succión: el aire entra y sale de ellos debido al cambio de volumen de la caja torácica, por contracción y relajación de los músculos que la rodean.

Movimientos del Aire en la Ventilación

● La inspiración: proceso activo que permite la entrada del aire a los pulmones, producido por la contracción de los músculos de la caja torácica, provocando el aumento de volumen de la caja torácica y la disminución de la presión de los alvéolos. ● La espiración: proceso pasivo producido por la relajación de los músculos de la caja torácica, por lo que los pulmones reducen su tamaño y el aire es expulsado. 

4.4 RESPIRACIÓN TRAQUEAL En los artrópodos terrestres, la pared externa impermeable se dobla hacia dentro, dando lugar a las tráqueas (sistema interno de tubos húmedos y ramificados), que se abren al exterior por unos orificios (espiráculos). En los animales menos evolucionados se encuentran siempre abiertos, pero normalmente tienen válvulas que ajustan el intercambio gaseoso en función de las necesidades de O2 , a la vez que reducen las pérdidas por evaporación. Las paredes de las tráqueas están reforzadas por anillos quitinosos, a excepción de las traqueolas, que están rellenas de líquido. En ellas se produce el intercambio gaseoso por difusión directa a los tejidos. El movimiento del aire en el interior de las tráqueas, se produce mediante contracciones de los músculos abdominales, que empujan los órganos hacia el interior. Cuando estos músculos se relajan, el aire vuelve a entrar. 4.5 RESPIRACIÓN BRANQUIAL Propio de animales de medios acuáticos, donde la concentración de O2 es muy baja, por lo que tienen branquias, con una gran superficie respiratoria y grandes cantidades de sangre circulando por ellas. Hay branquias externas (localizadas fuera del cuerpo) o branquias internas (alojadas en cavidades y protegidas por alguna estructura) Destacan los vertebrados acuáticos (anfibios y peces) e invertebrados (moluscos, gusanos poliquetos, crustáceos o larvas de insectos) BRANQUIAS EXTERNAS Tienen diferentes formas: filamentosas, laminares o arborescentes. Destacan los crustáceos, algunos anélidos, peces holásteos y larvas de anfibios e insectos. Son frágiles y dificultan la locomoción. Al carecer de mecanismos de ventilación, obligan al animal a realizar desplazamientos para renovar el líquido que las baña.

4.8 INTERCAMBIO Y TRANSPORTE DE GASES INTERCAMBIO DE GASES Se realiza por difusión, tanto en los pulmones como en los tejidos. El aire en los alvéolos pulmonares tiene más oxígeno que la sangre de los capilares por lo que el oxígeno pasa al interior de los capilares. El CO2 tiene una concentración mayor en la sangre de los capilares que en los alvéolos por lo que pasa a los alvéolos. TRANSPORTE DE GASES En los vertebrados, el O2 y CO2 son transportados por unas proteínas (pigmentos respiratorios). El + extendido es la hemoglobina (cambia su estructura según la cantidad de O2 que la rodea) Cuando la concentración de O2 es alta, la hemoglobina se combina con más O2 de lo que hace cuando la concentración es menor. Así, cuando la sangre llega a lugares del cuerpo con poco oxígeno, la hemoglobina se desprende de él. La misma sangre que transporta el O2 desde los pulmones debe transportar el CO2 en su camino de regreso. Este se lleva de 3 formas: de ion bicarbonato disuelto en la sangre, en combinación con la hemoglobina y disuelto en el plasma.

1º) TRANSPORTE DE SUSTANCIAS En los animales más complejos, el aparato circulatorio está formado por un fluido (medio de transporte), los vasos y un mecanismo propulsor. 1.1 LÍQUIDOS CIRCULANTES Formados por agua, sales minerales, proteínas, elementos celulares y pigmentos encargados del transporte de gases. TIPOS DE LÍQUIDOS CIRCULANTES ● Hidrolinfa: propia de los equinodermos. Transporta nutrientes y desechos metabólicos. ● Hemolinfa: propia de invertebrados. En moluscos y artrópodos tiene un pigmento respiratorio, la hemocianina. Tiene una misión respiratoria. ● Sangre: los pigmentos respiratorios en vertebrados es la hemoglobina y en anélidos la hemoeritrina. ● Linfa: exclusiva de vertebrados. Composición similar al plasma sanguíneo, con lípidos y leucocitos. 1.2 CONDUCTOS O VASOS Conductos por los que circulan los líquidos circulantes. En los vertebrados hay 2 tipos: VASOS SANGUÍNEOS ARTERIAS Llevan la sangre desde el corazón a los tejidos. Tienen paredes duras y elásticas de tejido conjuntivo, para soportar la alta presión con la que la sangre sale del corazón. Al alejarse de él, disminuyen su diámetro y se bifurcan en arteriolas. VENAS Llevan la sangre de los tejidos al corazón. Sus paredes son más delgadas, menos elásticas y de mayor diámetro que las de las arterias, al soportar menos presión. Inicialmente, su diámetro es pequeño (vénulas) y va aumentando. CAPILARES Red de vasos pequeños, con paredes formadas por un endotelio. En ellos se produce el intercambio de sustancias entre la sangre y tejidos. Conecta arteriolas y vénulas. VASOS LINFÁTICOS Compuestos por una red de capilares. Son muy permeables y se agrupan en vasos cada vez mayores de aspecto nudoso. En su recorrido, atraviesan los ganglios linfáticos, en donde se sitúan los linfocitos. La linfa se agrupa en 2 vasos principales que desembocan en el sistema sanguíneo: ● Conducto torácico: vasos de las extremidades inferiores y parte superior izquierda. ● Conducto linfático derecho: vasos de la parte superior derecha

TRATAMIENTO QUÍMICO Produce la hidrólisis de las macromoléculas de los alimentos por los enzimas de los jugos digestivos y bilis. Con ella se liberan nutrientes, que atraviesan la pared digestiva(absorción) y se incorporan al medio interno, para ser distribuidas por la sangre a los diferentes tejidos

ESTÓMAGO ESTRUCTURA Porción dilatada del tubo digestivo, situada entre el esófago y el intestino. Su pared tiene glándulas gástricas, que producen jugos gástricos. En las aves se divide en la molleja, y en otra parte glandular, que es el estómago. FUNCIÓN Almacena comida, regula el paso de esta al intestino, realiza parte de la digestión y la absorción de agua y algunas sustancias. SECRECIONES GÁSTRICAS Y SU REGULACIÓN Cuando el alimento llega al estómago, es batido y mezclado con los jugos gástricos, adquiriendo una consistencia semilíquida. Esto se denomina quimo. Los jugos gástricos son segregados por las glándulas de las paredes del estómago. Están formados por agua; mucina, pepsinógeno, renina y ácido clorhídrico. La secreción gástrica está regulada por un componente nervioso y uno hormonal INTESTINO DELGADO ESTRUCTURA Dividido en 3 partes (duodeno, yeyuno e íleon), representa la parte + larga del tubo digestivo. Longitud varía con el tipo de alimentación: largo (herbívoros) y corto (carnívoros) FUNCIÓN En él tiene lugar la mayor parte de la digestión química y absorción de los nutrientes: se produce la parte principal de la digestión de los hidratos de carbono y proteínas, y se inicia la digestión de las grasas. Para ello, es necesario que las secreciones vertidas por el páncreas, hígado y glándulas intestinales se mezclen con el quimo, gracias a movimientos de vaivén y a las ondas peristálticas. Tras esto, el quimo se transforma en una sustancia denominada quilo, que es absorbido por la mucosa intestinal para ser incorporado al aparato circulatorio. GLÁNDULAS ANEJAS AL INTESTINO Y SUS SECRECIONES – Páncreas: glándula mixta que segrega hormonas (insulina y glucagón) y jugo pancreático. Las enzimas más importantes son: amilasas, lipasas y tripsina. – Hígado: fabrica y secreta la bilis, almacenada en vesícula biliar. Ayuda en la digestión de lípidos emulsionando grasas y dispersándolas en gotas, facilitando la acción de enzimas. – Las glándulas intestinales: segregan el jugo intestinal. Son las glándulas de Brünner y las criptas de Lieberkühn. INTESTINO GRUESO ESTRUCTURA Mucho más corto que el delgado, es la parte terminal del tubo digestivo. Se divide en 3 partes: el ciego, el colon y el recto. – El ciego: porción inicial del intestino grueso. Con forma de saco, en su parte posterior tiene una prolongación, el apéndice vermiforme – Colón: continuación del ciego llegando hasta el recto. – Recto: porción terminal. Regula la salida de las heces en el proceso de defecación (egestión), a través del ano. FUNCIÓN Absorción de iones y agua, proceso que origina las heces fecales, constituidas por los restos de la digestión. 3.5 ABSORCIÓN INTESTINAL Proceso por el cual los productos obtenidos en la digestión atraviesan la pared intestinal y pasan al aparato circulatorio. ADAPTACIONES DEL INTESTINO PARA LA ABSORCIÓN Algunos animales tienen adaptaciones para aumentar la superficie de absorción, como son el incremento de la longitud del tubo y la aparición de múltiples pliegues. Destacan las vellosidades intestinales (proyecciones cuyas células tienen la membrana plegada en finísimas prolongaciones, denominadas microvellosidades). COMO SE REALIZA LA ABSORCIÓN EN EL INTESTINO DELGADO La mayoría de los nutrientes orgánicos son absorbidos por transporte activo. Algunas sustancias, como el agua, se propagan directamente al capilar de la vellosidades intestinales; los ácidos grasos y la glicerina, forman micelas hidrosolubles, absorbidas por difusión. EN EL INTESTINO GRUESO Se continúa la absorción de iones y agua y se forman las heces fecales, en cuya formación interviene también el mucus producido por las células caliciformes del epitelio que lo recubre. Este tramo contiene bacterias simbiontes, que descomponen los alimentos no digeridos y sintetizan aminoácidos y vitaminas, absorbidos por los capil. sanguíneos

3º) MODELOS DE APARATOS EXCRETORES Es un mecanismo de expulsión de productos de desecho, y una vía de regulación homeostática (mantiene la composición química y características del medio interno) 3.1 PRODUCTOS DE DESECHO EN LOS ANIMALES PRODUCTOS NO NITROGENADOS ● El CO2 ● El agua ● Sales minerales ● Pigmentos biliares PRODUCTOS NITROGENADOS Surgen del metabolismo de aminoácidos y ácidos nucleicos. Son compuestos tóxicos que se pueden eliminar en forma de distintas sustancias, predominan: amoníaco, ácido úrico y urea. Según la sustancia excretada de forma predominante, hay 3 grupos: ● Amoniotélicos: el producto de excreción es el amoniaco. Debido a su gran toxicidad, sólo animales con suficiente agua para diluirlo pueden excretar el N así. Ej: peces. ● Uricotélicos: el producto de excreción es el ácido úrico, expulsado en forma de cristales, por lo que las pérdidas de agua son mínimas. Su toxicidad es baja, por lo que pueden acumularse en el organismo sin daño. Son animales uricotélicos los que viven en ambientes secos, insectos, aves y reptiles. Su orina es casi sólida. ● Urotélicos: el producto de excreción es la urea, molécula menos tóxica que el amoniaco, que necesita estar diluida para ser excretada, aunque necesita menos agua que el amoníaco. Son: anfibios, reptiles quelonios y mamíferos. 3.3 ÓRGANOS EXCRETORES DE LOS VERTEBRADOS Son los riñones: formados por un conjunto de unidades denominadas nefronas. UNA NEFRONA CONSTA DE: ● Un corpúsculo renal: donde se produce la filtración del líquido plasmático sanguíneo. ● Un tubo contorneado de longitud variable, donde ocurren procesos de reabsorción y eliminación activa de solutos. Los túbulos de varias nefronas se unen en conductos colectores y desembocan en el uréter. En las aves, el uréter vierte al exterior a través de la cloaca, en reptiles y mamíferos desemboca en la vejiga urinaria, que acumula orina y la concentra para eliminarla. NEFRONA DE LOS MAMÍFEROS FORMADA POR: ● Corpúsculo de Malpighi: se compone del glomérulo y de la cápsula de Bowman ● El túbulo contorneado: dividido en el túbulo contorneado proximal, el asa de Henle y el túbulo contorneado distal. RIÑONES FORMADOS POR: ● Cápsula renal: capa más externa, bajo ella hay una cubierta continua, con unas prolongaciones hacia el interior. ● Zona medular o médula: de color más claro. ● Pelvis renal: forma una zona de tubos que recogen la orina. 3.4 FORMACIÓN DE LA ORINA(formado por H2O y sustancias de desecho, en las nefronas) ETAPAS DE LA FORMACIÓN DE LA ORINA ● Filtración: la sangre es filtrada al interior de la cápsula de Bowman. Las sustancias con grandes masas moleculares no pueden ser filtradas; por lo que las proteínas de elevada masa molecular no atraviesan sus paredes. ● Reabsorción: recupera las sustancias útiles filtradas en la cápsula de Bowman para devolverlas a la sangre. Ocurre en los túbulos que forman la nefrona. ● Secreción: paso de sustancias (fármacos) desde la sangre al filtrado que se encuentra en la nefrona. Ocurre en el tubo distal. La orina formada pasa a los tubos colectores, luego a los uréteres, y después a la vejiga, donde se almacena hasta que es expulsada a través de la uretra. REGULACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE LA ORINA La excreción es un mecanismo de expulsión de los productos de desecho y una vía de regulación del medio interno. La concentración de la orina depende del grado de absorción de agua en la nefrona, proceso regulado por la hormona antidiurética o vasopresina 3.5 OTROS ÓRGANOS EXCRETORES DE VERTEBRADOS ● Glándulas sudoríparas ● Hígado